Manipulación de ondas en un resorte

Autores:

Josep Ametlla Miquel
  • Primera parte:Con las barras y las nueces, montamos una estructura en forma de U, con la barra larga en posición horizontal y las dos cortas verticales, separadas por una distancia superior a la longitud del resorte.
  • Con el Tipp-ex marcamos puntos a 1/2, 1/3, 2/3, 1/4, 3/4 de la longitud del resorte, de manera que queden bien visibles.
  • Ponemos el muelle en la estructura en U, de manera que las espiras queden algo separadas (lo estiramos un 30% de su longitud, aproximadamente)
  • Ponemos los dedos en el punto central para que no se mueva y con la otra mano hacemos vibrar el muelle longitudinalmente. El punto central es un nodo estable y la vibración corresponde al segundo armónico
  • Hacemos lo mismo en el punto situado a 1/3 de la longitud, e inducimos la vibración en la rama corta del muelle. Automáticamente aparece otro nodo a 2/3 L. La vibración corresponde al tercer armónico.
  • Hacemos lo mismo con el punto situado a 1/4 L. Aparecen nodos en 1/2 L y 3/4 L. Estamos observando el cuarto armónico
  • Podríamos hacer lo mismo para el quinto armónico o bien repetirlo todo con vibraciones tranversales
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  • Segunda parte:Magnetizamos los nodos de 1/3 L y 3/4 L. Podemos hacerlo poniéndolos en contacto con los polos norte y sur de imanes potentes
  • Ponemos el sensor de campo magnético cerca del punto 1/3 L e inducimos los armónicos primero, segundo y cuarto. Con el ordenador (programa Multilab o el que corresponda al equipo de captación de datos) registramos la fluctuación de campo magnético. Con la función “transformada de Fourier” del programa, hacemos el análisis de frecuencias. Observaremos los picos correspondientes a cada uno de los armónicos y podremos observar que el segundo y el cuarto tienen frecuencias doble y cuádruple que el primero
  • Ponemos el sensor cerca del punto 3/4 L y analizamos el tercer armónico de la forma indicada anteriormente.

¿Qué se pretende demostrar?

  • Lo que se pretende mostrar es que la equidistancia entre los nodos de una onda estacionaria es inevitable (por ejemplo, se fuerza un nodo a 1/3 de la longitud del muelle y aparece otro a 2/3)
  • Como complemento, puede hacerse un análisis de las frecuencias de los diferentes armónicos por ordenador, para que los alumnos comprueben que las frecuencias de los harmónicos son múltiplos de la fundamental

Dirigido a:

Secundaria

Materiales necesarios:

  • Un resorte largo, de 60 cm o más, de constante elástica pequeña (blando)
  • Una barra metálica de 1 m.
  • Dos nueces
  • Dos barras cortas
  • Tippex
  • Cinta métrica
  • Si queremos hacer la segunda parte, ordenador con equipo de captación de datos (Multilog o similar). Utilizaremos el sensor de campo magnético

Riesgos:

No

Enlaces:

o El experimento (sólo la primera parte) está publicado en la revista "Recursos de Física", número 5, sección experiments de la iaia

Para saber más:

Se pueden ver algunas fotos y un vídeo del experimento en la revista "Recursos de Física", número 5, sección experiments de la iaia  http://www.rrfisica.cat/

Observaciones:

Este experimento también funciona si lo hacemos con dos, tres o cuatro muelles cortos unidos en serie y colgados del soporte descrito anteriormente